石油钻进中平行水平井垂直距离测定方法研究

尚东锋，胡更会

（中海油田服务股份有限公司，天津 300452）

石油钻进中平行水平井垂直距离测定方法研究

尚东锋1，胡更会2

（中海油田服务股份有限公司，天津 300452）

石油资源作为不可再生资源，其消耗量随着国家的发展日益增加，因此对石油资源的开采率资源越来越重视。而石油钻进中注汽井和生产井的相对位置直接决定着对石油的采收率。因此，主要研究了利用磁通门传感器结合旋转磁钢的方法对SAGD中的注汽井和生产井的垂直距离进行了有效的测定，并给出了相应的解决方法，以减少磁场干扰原因对石油资源采收率造成的影响。

SAGD；磁通门传感器；垂直距离；测定方法

石油资源作为国家发展的重要资源，能够使石油的采收率得到提升是发展的目标。而SAGD中注汽井和生产井的相对位置对其采收率的提升起着关键性的作用。因此利用磁通门传感器结合旋转磁钢的方法对石油钻进中平行水井的垂直距离进行测定显得尤为重要。

1 SAGD的意义

SAGD是蒸汽辅助重力泄油的简称，主要是一种开采石油的方法，最早根据密度的差异应用于注水采盐，其原理是应用高浓度盐溶液密度大的特性，达到对其的采收率。而SAGD则是利用同样的原理，将蒸汽注入到注汽井后，由于蒸汽向上漂浮的同时也向周围进行扩散，因此可以形成附着在地层表面的蒸汽腔，通过蒸汽腔可以让原油利用气压差与其相对位置发生交换，而受热后的原油便可和蒸汽中的冷凝水根据自身密度大的特性，流入到底下的生产井中，再从生产井中流出达到采油的作用[1]。而对注汽井和生产井的相对位置，为了在最大的程度上提升石油的开采率，要使生产井和注汽井尽量在水平段保持平行。另外对于两口井的距离也要进行严格的控制，使两口井保持合适的位置能有效地减少因过近而形成的蒸汽水锥堵塞生产井的状况发生，同时也能提升加热的效果，进一步提高对石油的采收率。

2 磁通门传感器的工作方式

磁通门传感器是采用一个传感率较高的特殊变压器，先利用变压器输出信号，然后根据外磁场对这种信号的产生的某些特殊的作用来对外磁场进行检测，这些作用的任何一种类型都可以对外磁场进行准确的测量。具体的工作原理如下图所示：

图1 磁通门传感器的工作原理

3 石油钻进中平行水井垂直距离的测定

3.1 通过假设法建立空间模型

通过对地磁场的产生作出假设，便可以利用相关的公式对石油钻进中平行水井的垂直距离进行测定。即

其中的H和U分别是地磁场的磁场强度矢量和磁位。

以此可以利用空间三维坐标对磁场强度在x、y、z方向的分量进行计算，即Hx、Hy、Hz

式中空间一点的地心距用r表示，RE表示地球的半径，而λ则表示的是格林尼治起算的东经。Pmn（cosθ）为m的n次方的关联勒让德函数，θ为地磁余纬度。另外其中的gmn、hmn均为变量，其具体值会因地球自身的内部运动而受到影响，所以不容易被直接确定，需要通过实验数据来进行具体分析，称为磁场的高斯系数。

以上公式为对横向磁场强度的计算，而对其纵向只需将公式中包含水平的余弦值用正弦值进行替换，而对于其立面方向上的磁场强度则为：

通过以上的磁场可根据假定的空间模型来通过对地磁场中某一点的空间三维方向上的磁场分量进行计算，从而有效地对垂直井的距离进行测定，保证其能够有效的钻进。

3.2 利用磁通门传感器进行测量

利用磁通门传感器进行测量时，先要把磁通门传感器和旋转磁钢分别放在已完成井的水平段以及还未进行钻进的井段内。利用磁通门传感器与旋转磁钢相互产生的感应来使另一口井在钻进水平井时能有效地与已完成井的水平段保持平行，再通过对磁通门传感器接收到的收据进行分析，对两口井平行段的垂直距离进行测定。另外可根据以下公式对地层中任何位置的磁感应强度进行检测：

式中Bx、By、Bz为磁通门的空间磁场强度。

而通过此公式不难看出，由于磁钢在不断进行旋转的过程中，磁通门对应的空间磁场强度也在进行周期性的变化，而旋转过程中磁场强的峰值主要体现在磁铁位于水平位置和磁铁位于竖直位置时的磁场的强度。即可根据下式计算：

式中：D是磁通门和RM在垂直方向的距离；A是磁通门和RM在平面的距离；Z是磁通门和RM在水平方向上的距离。

3.3 利用磁场的极性距离进行校核

利用磁场的极性距离进行校核的方式在进行实际的钻进操作时，由于磁通门传感器本身在使用过程中会被周围的磁性材料影响，磁性材料放射出的干扰磁场对导致其接收到的信号与实际要求出现较大的偏差，可能降低钻进过程的准确性。对于此问题的处理，可计算出干扰磁场的极性距离与当地的磁场极性的距离，通过把计算结果进行比对的方法来弥补干扰磁场造成的影响。即可以假设磁通门传感器在钻井中的固定位置进行测量，而测量的同时受到稳定磁场的干扰，而磁性材料自身所具有的干扰磁场矢量为BE，地磁场本身的磁场矢量为B0，而在进行钻进作业时，放置在钻井固定位置的磁通门传感器测出来的磁感应强度为B，则可以根据以下的公式对测出来的磁感应强度进行计算：

式中：BR为旋转磁钢的磁场矢量。

因为通过磁通门传感器捕捉到的旋转磁钢的数据均为三角函数曲线，而干扰磁钢与地磁场在空间三维直角坐标系上的各个方向上的分量均为定值。因此可通过利用磁通门输出的三角函数图分别对有外界磁场干扰下的磁通门输出的数据及未存在其他干扰磁场下的磁通门输出的数据进行采集，便可对水平井的垂直距离进行校正。

准确地分析出干扰磁场对磁通门传感器的影响，进而分析在对水平井钻进的过程中，通过磁通门传感器对三轴向的输出值的差异对比，可分析出如何对石油钻进中平行水平井的垂直距离进行控制。

4 结束语

石油资源作为不可再生资源，因此应该减少对石油资源的浪费。而对于石油开采的方式以及开采的采收率也直接决定着对大自然的破坏程度，因此需要研究出更为先进的方式来减少对大自然的破坏。对注汽井和生产井的相对位置进行合理的控制，提升石油的采收率，推动石油行业本身的进步，进而促进社会的可持续发展。

[1] 别康，刘敏，王辰伟，等.水平井非平行界面缝洞型储层的双侧向测井响应特性[J].工程地球物理学报，2015，12（3）：322-326.

Study on Vertical Distance Measurement Method of Parallel Horizontal Wells in Oil Drilling

Shang Dong-feng，Hu Geng-hui

As a non renewable resource，the consumption of petroleum resources increases with the development of the country.Therefore，more and more attention has been paid to the exploitation rate of petroleum resources.For oil drilling，the relative position of steam injection well and production well directly determines the oil recovery.This paper mainly combines method of rotary magnetic SAGD in steam injection wells and production wells vertical distance effectively determined by fluxgate sensor，and gives the corresponding solution method，reduce magnetic interference causes of oil recovery caused by.

SAGD； fluxgate sensor；vertical distance；measuring method

TE355.6

B

1003–6490（2017）10–0235–02

2017–07–08

尚东锋（1982—），男，甘肃庆阳人，助理工程师，主要研究方向为石油钻井应用选冲钻进技术、跟套管钻进技术等。